Научная статья на тему 'Надежность системы электроизоляции тяговых электродвигателей'

Надежность системы электроизоляции тяговых электродвигателей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
461
100
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИИ / ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ / ELECTROISOLATION SYSTEM / THE TRACTION ELECTRIC MOTOR

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Прохоров Александр Владимирович

Надёжность работы тяговых электродвигателей и вспомогательных электрических машин электровозов и тепловозов в настоящее время остаётся на недостаточно высоком уровне. Количество отказов электрических двигателей по причине пробоя изоляции достигает 40% от общего числа отказов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Прохоров Александр Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Reliability of work of traction electric motors and auxiliary electric cars of electric locomotives and diesel locomotives remains now at insufficiently high level. The quantity of refusals of electric motors because of isolation breakdown reaches 40 % from total number of refusals.

Текст научной работы на тему «Надежность системы электроизоляции тяговых электродвигателей»

Диагностика и надежность энергооборудования

25 =

Надежность системы электроизоляции тяговых электродвигателей

А. В. Прохоров,

заместитель генерального директора ЗАО «Диэлектрик»

Надёжность работы тяговых электродвигателей (ТЭД) и вспомогательных электрических машин электровозов и тепловозов в настоящее время остаётся на недостаточно высоком уровне. Количество отказов электрических двигателей по причине пробоя изоляции достигает 40% от общего числа отказов. И это при том, что гарантийный пробег составляет всего лишь 175 тыс. км.

Ключевые слова: система электроизоляции; тяговый электродвигатель.

В чём же причина преждевременного разрушения изоляции? Каковы пути повышения надёжности систем изоляций тяговых и других электродвигателей? Возможно ли отечественным заводам построить и применить такую систему изоляции ТЭД, которая позволила бы увеличить его гарантийный пробег до 2,5 млн. км и больше?

На все эти вопросы есть положительные ответы. Но для того чтобы достичь требуемых показателей надежности ТЭД, необходимо понять одну причину, которая лежит в основе большинства причин возникновения электрического пробоя изоляции, - это технически грамотный выбор электроизоляционных материалов.

Сущность электроизоляционных материалов (диэлектриков) состоит в том, что они имеют высокие показатели электрического сопротивления и не пропускают электрический ток (в отличие от проводников). Тем не менее, идеальных диэлектриков в природе нет. В любом диэлектрике имеются какие-то свободные носители заряда разной природы, которые способны передавать электрический заряд. В обычных условиях при нормальной температуре это совсем мизерный ток. Такой ток в электротехнике определяется как ток сквозной проводимости (1скв). Ещё имеется ток, который обусловлен быстрыми видами поляризации в момент включения электрической машины, - ток смещения (!см) и ток, вызванный установлением замедленных релаксационных поляризаций, - ток абсорбции (!абс). Понятие диэлектрических потерь неразрывно связано с наличием тока сквозной проводимости (!скв), тока смещения (!см) и тока абсорбции (!абс).

Показателем, определяющим потери в диэлектриках от различных факторов, в том числе от I , токов, вызванных процессами различных видов поляризаций (!см), и тока абсорбции ^абс), является тангенс угла диэлектрических потерь ^ 5 ), который прямо пропорционален активной составляющей тока потерь. Определяя 5, мы определяем фактически активную составляющую тока потерь в диэлектрике.

При работе электродвигателя происходит его разогрев, и активная составляющая тока потерь в отдельных электроизоляционных материалах возрастает в 40 - 50 раз при Т = 150 °С. Электрическое сопротивление изоляции Rиз по площади её наложения в отдельных точках имеет какие-то колебания по различным причинам (толщина и т.п.).

Напряженность электрического поля имеет неоднородный характер, имеются участки с повышенной концентрацией, например, в местах изгиба катушек или на выходе катушки из паза.

Явление электрического пробоя изоляции происходит таким образом: работающий электродвигатель разогревается до температуры, при которой происходит резкое увеличение активной составляющей тока потерь ^ 5> 40%) в 40 - 50 раз и появляется мощность потерь, увеличенная в тысячи раз от первоначальной - !п2 • Rиз. На участке изоляции прожигается канал, где происходит электрическое замыкание.

Рассмотрим поведение диэлектриков в зависимости от условий работы, т.е. 5 = ^Т) и 5 = ^Щ. Что же мы видим? Казалось бы, очень привлекательные

= 26

Энергобезопасность и энергосбережение

электроизоляционные материалы начинают терять Анализ зависимостей 5 показывает, что далеко свои диэлектрические свойства при температурах не все электроизоляционные материалы способны 120 - 150 °С (рис. 1). Зависимость 5 от напряжения работать по классам нагревостойкости Р и Я.

также значительна (рис. 2).

В настоящее время имеющаяся практика определе-

+д 5 0,7-1

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

_Т, оС

220

20

Рис. 1. График зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от температуры испытания на различных пропитывающих составах (испытательное напряжение 1 кВ)

1 - КП-307, 2 - Элпласт-155ИД, 3 - ПК-11(ВЗТ-1), 4 - Р01-РН0М СС-1105, 5 - ФЛ-98, 6 - металлоорганический ускоритель +ПК-1, 7 - ПК-21,8 - КП-3309, 9 - КП-3340,10 - ЭП-9150М,11- Е-4011, 12 - КП-303В, 13 - КО-916

+д 5 0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

7

12

13

и, кВ

10

Рис. 2. График зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от напряжения для различных пропитывающих составов (температура испытаний 160 оС)

1 - ПК-11(ВЗТ-1), 2 - Р01-РН0М СС-1105, 3 - Элпласт-180ИД, 4 - КП-307, 5 - ФЛ-98, 6 - ПК-21, 7 - КП-3340, 8 - Е-4011, 9 - КП-3309, 10 - КП-303В, 11 - КО-916, 12 - ЭП-9150М, 13 - металлоорганический ускоритель+ПК-11

3

0

0

4

5

6

гашшдщщ

Диагностика и надежность энергооборудования

27 =

ния нагревостойкости, к сожалению, не предусматривает показателя, определяющего зависимость ^ 5 от температуры. Следует однозначно определить значения ^ 5, позволяющие обеспечивать работоспособность систем изоляции по определённому классу нагревостойкости. Эта градация должна выглядеть следующим образом: допустимые значения ^ 5 - не

1д 5 0,8

»4

более 30% при температуре, являющейся рабочей для определённого класса нагревостойкости.

Конечно, технология изготовления электродвигателей должна обеспечивать полную полимеризацию электроизоляции. Насколько это важно иллюстрирует сравнительная тангенсограмма спекания слюдяных лент разных марок (рис.3).

1 - Лента на-ФЛ-98

2 - Элизтерм-155ТПл

3 - ЛСп^-ТПл+ФЛ-98

4 - ПК-21

5 - ЛСЭП-934-ТПл

6 - Лента на ЭП-915ОМ

7 - ЛСУ

8 - ЛСК-110-ТПл

9 -

10

Элмикатерм 524019 ЛСп^-ТПл

................;.......—...........................;........................—................;.........................;.......;—-...—......;............—й!

6

10 10

•г з з х 5 -3 • • у- -Т-г-х-Т _

ххх-х^ххуххххх х-ххх-^Х Х Х-Х :хх :-,Х; х-: ; :хх:х х->^ ■:• X 11 ■ :Х х.хххух-.хх

--------------I, мин

20

50

100

150

200

250

Т

300 960

Рис. 3. Сравнительная тангенсограмма отверждения лент слюдяных пропитанньх

Режимы отверждения (рис. 3): ЛСп^-ТПл: Т=160 на ФЛ-98: Т=120 °С, 1=2 ч; Т=140 °С, 1=12 ч; ЛСп^-

°С, 1=4 ч; ЛСЭП-934-ТПл Т=160 °С, 1=16 ч; ЛСУ: Пл, пропитанная ФЛ-98: Т=160 °С, 1=5 ч; лента на

Т=160 °С, 1=6 ч; Элизтерм-155-ТПл Т=140 °С, 1=2 ч; ЭП-9150М: Т=160 °С, 1=48 ч. Лента ЛСКН-135-ТПл

Т=160 °С, 1=3 ч; Элмикатерм 524019, Т=160 °С, 1=4 ч; 0,4 у, пропитанная ПК-21: Т=160 °С, 1=16 ч. Все

Т=180 °С, 1=2 ч; ЛСК-110-ТПл Т=160 °С, 1=5 ч. Лента ленты допекали при Т=160 °С до 16 ч (960 мин).

Цементирующая способность, Н

300 250

200

Режим отверждения: Т=160 оС, 1=4 часа

6 \7

Режим отверждения: Т=160 оС, 1=20 часов \

2

Т, оС

Рис. 4. График зависимости цементирующей способности от температурыразличньхс пропитывающих составов

1 - 3309 (Франция), 2 -ФЛ-98, 3 - Элпласт-180ИД, 4 -Е-4011 РиРоп1, 5 - КП-303В, 6 -ЭП-9150М, 7 - ПК-11(ПК-21)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ПШЮШЖФ

= 28

Энергобезопасность и энергосбережение

В настоящее время разогрев тяговых электродвигателей фактически находится в пределах 120 °С, и скачки напряжения достигают 5 - 6 кВ. Однако тенденция увеличения нагрузки непременно приведёт к повышению рабочих температур электрических машин, и без грамотного выбора диэлектриков и систем изоляции не обойтись. Ещё раз обращаем внимание на то, что такие материалы у нас есть. Когда мы говорим о материалах класса нагревостойкости Н (180 °С), мы говорим о системах изоляции, способных работать не менее 50 тыс. часов при Т=180 °С и выдерживать скачки напряжения свыше 10 кВ. Тангенс угла диэлектрических потерь 5 таких материалов при Т=180 °С остается в пределах 30%.

Кроме того, следует обращать внимание и на механическую прочность системы изоляции, которая также имеет серьёзную зависимость от рабочих температур. Показатель «цементации»

при рабочих температурах должен быть не менее 40 Н (рис. 4).

Контроль качества изоляции по tg 5 следует внедрять и в качестве неразрушающего способа контроля вновь изготовленного или отремонтированного двигателя, так как именно этот показатель позволит с большой долей вероятности говорить о надежности системы изоляции. Причём необходимо это на всех этапах изготовления или ремонта двигателя, т.е. перед пропиткой якоря и катушек, после термообработки (запечки) якоря и катушек, и в сборе двигателя. Для этого в настоящее время имеются мобильные приборы типа «Вектор - М» или «Тангенс - 2000».

Материал подготовлен при содействии кафедры ФТЭМК МЭИ, аналитической и электрофизической лаборатории ЗАО «Диэлектрик»

гашшдщщ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.